2015 Fiscal Year Research-status Report
リガンド-受容体相互作用の高精度統計熱力学モデルの構築
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26600154
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| Research Institution | Keio University |
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Principal Investigator |
三上 益弘 慶應義塾大学, 理工学研究科, 教授 (50358074)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
秋元 琢磨 慶應義塾大学, 理工学研究科, 准教授 (30454044)
泰岡 顕治 慶應義塾大学, 理工学部, 教授 (40306874)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 粗視化モデル / リガンド / 受容体 / 分子間相互作用 / 統計熱力学 / ハイブリッド法 / 分子動力学法 / 古典密度汎関数法 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本提案では、分子シミュレーションに比べて、桁違いのサイズを扱える古典密度汎関数に基づいた溶媒中でのリガンド-受容体相互作用の高精度な統計熱力学モデルを開発し、その本質の解明を目指している。二年度は、前年度に引き続き、(1) 脂質分子・蛋白質分子・糖鎖分子の粗視化モデルの評価, (2)溶媒中における古典密度汎関数法と分子動力学法のハイブリッド法の開発、(3)生物環境を考慮した大規模系のリガンド-受容体相互作用の高精度統計熱力学モデルの開発を行った。本研究は、研究内容が多岐にわたるため、計算科学と統計物理学の研究者からなるチームで実施した。
(1)脂質分子・蛋白質分子・糖鎖分子の粗視化モデルの評価:今年度は、脂質分子(DPPC)/糖鎖分子(GM3)系について、来年度に行う予定のインフルエンザ感染機構の研究において重要な役割を持つ脂質ラフトの構造形成についての知見を得た。また, 十分なサンプル数は得られていない初歩的な結果であるが、安定なクラスターの平均寿命が数マイクロ秒であることを示した.
(2) 溶媒中における古典密度汎関数法と分子動力学法のハイブリッド法の開発:今年度は、古典密度汎関数と分子動力学法のハイブリッド法の調査と開発を進めた。具体的には、電子密度汎関数法と分子動力学法の統合法であるCar-Parrinello法の古典版について検討し、外力として(3)のHard Body間相互作用を考慮した方法論を構築した。
(3)Hard Body(細胞の一部やウイルス全体を固体と近似し、分散力や静電相互作用のソースとなる)-Hard Body、Hard Body-粗視化粒子の相互作用計算法の開発を行い、現実的な生物環境を考慮した大規模系のリガンド-受容体相互作用の高精度統計熱力学モデルを構築した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
今年度計画していた下記の三つの研究項目について研究を実施し、計画通りに達成した。
(1)脂質分子・蛋白質分子・糖鎖分子の粗視化モデルの評価: 脂質分子・蛋白質分子・糖鎖分子の古典密度汎関数法の自由エネルギーモデルを開発するには、リファレンスにする粗視化モデルが必要である。そのため、これまで提案されている同分子系の粗視化モデルであるMARTINI[1]の評価を行った。今年度は、脂質分子(DPPC)/糖鎖分子(GM3)系について、インフルエンザ感染機構の研究において重要な脂質ラフトの構造形成についての知見を得た。
(2) 溶媒中における古典密度汎関数法と分子動力学法のハイブリッド法の開発: カウンターイオンを含む溶媒中に存在する大規模系を分子シミュレーションに比べて、桁違いに高速に計算可能な古典密度汎関数に基づいた高精度な統計熱力学モデルを開発する。このため、今年度は、古典密度汎関数と分子動力学法のハイブリッド法の調査と開発を進めた。具体的には、電子密度汎関数法と分子動力学法の統合法であるCar-Parrinello法の古典版[2]について検討し、外力として(3)のHard Body間相互作用を考慮した方法論を構築した。
(3)Hard Body[3]-Hard Body、Hard Body-粗視化粒子の相互作用計算法の開発を行い、現実的な生物環境を考慮した大規模系のリガンド-受容体相互作用の高精度統計熱力学モデルを構築した。
[1] L. Monticelli, et al., J. Chem. Theory and Comput. 4, 819(2008), [2] H. Lowen, J.-P Hansen, P. A. Madden, J. Chem. Phys. 98, 3275(1993), [3] S. Nir, Prog. Surf. Sci. 8, 1 (1976).
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| Strategy for Future Research Activity |
次年度は、引き続き、(1)溶媒中における古典密度汎関数法と分子動力学法のハイブリッド法の開発、(2)Hard Body(細胞の一部やウイルス全体を固体と近似し、分散力や静電相互作用のソースとなる)-Hard Body、Hard Body-粗視化粒子の相互作用計算法の開発を行い、現実的な生物環境を考慮した大規模系のリガンド-受容体相互作用の高精度統計熱力学モデルを完成させ、これまでの分子シミュレーションのみの場合に比べ、二桁程度高速な方法を完成させる。さらに、適用研究として、(3)インフルエンザウイルスと糖鎖分子を含む細胞の相互作用の解明, (4)細胞接合分子を含む細胞間相互作用の解明を行い、熱測定の実験結果などと比較しながら、本方法の改良をはかり、研究を完了させる。
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